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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abscheider für Feststoffpartikel, mit einem Einlasskanal, in dem eine Drallscheibe zur Erzeugung einer Drehbewegung eines Gasstromes vorgesehen ist, einem mittleren Strömungskanal hinter der Drallscheibe und einem Abscheideraum hinter dem mittleren Strömungskanal, wobei in den Abscheideraum ein Tauchrohr mit einer Einlassöffnung für den gereinigten Gasstrom eingefügt ist, und an dem Abscheideraum an einem äußeren Umfang ein Auslass für abgeschiedene Feststoffpartikel vorgesehen ist.
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Zum Abscheiden von Feststoffpartikeln aus einem Gasstrom ist es bekannt, einen Gasstrom über eine Drallscheibe in eine Drehbewegung zu versetzen, so dass über Fliehkräfte und die Strömung die schwereren Partikel sich radial weiter außen im Gasstrom befinden als mit kleinere Partikel. Ein so in Drehbewegung versetzter Gasstrom kann dann durch ein Tauchrohr abgesaugt werden, so dass ein Teil der Partikel an einem Auslass eines Abscheideraumes entsorgt werden kann.
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Zum Abscheiden von Feststoffpartikeln aus einem Gasstrom ist es beispielsweise aus der
DE 10 2015 008 525 A1 bekannt, einen Gasstrom über eine Drallscheibe in eine Drehbewegung zu versetzen, so dass über Fliehkräfte und die Strömung die schwereren Partikel sich radial weiter außen im Gasstrom befinden als kleinere Partikel. Ein so in Drehbewegung versetzter Gasstrom kann dann durch ein Tauchrohr abgesaugt werden, so dass ein Teil der Partikel an einem Auslass eines Abscheideraumes entsorgt werden kann.
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In der
DE 21 2012 000 268 U1 ist eine Zyklon-Staubsammelvorrichtung offenbart, bei der ein Gas über Leitschaufeln in eine Drehbewegung versetzt wird, bevor dann über ein Ausführrohr das gereinigte Gas abgesaugt wird.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abscheider für Feststoffpartikel zu schaffen, der eine sichere und effiziente Abtrennung von Feststoffpartikeln ermöglich.
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Diese Aufgabe wird mit einem Abscheider mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß umfasst der Abscheider einen Abscheideraum, an dem einerseits an einem äußeren Umfang ein Auslass für abgeschiedene Feststoffpartikel vorgesehen ist und andererseits ein Tauchrohr eingefügt ist, dessen Einlassöffnung in Strömungsrichtung vor dem Auslass für abgeschiedene Feststoffpartikel angeordnet ist. Dadurch wird um das Tauchrohr eine strömungsberuhigte Zone gebildet, in der die schwereren Feststoffpartikel zu dem Auslass geleitet werden, während das Tauchrohr mit einer vergleichsweise großen Länge in den Abscheideraum hervorsteht, um die gereinigte Luft weiterzuleiten.
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Das Tauchrohr ist erfindungsgemäß nicht vollständig zylindrisch ausgebildet, sondern umfasst einen sich in Strömungsrichtung konisch aufweitenden Abschnitt. Dieser sich konisch aufweitender Abschnitt kann oberhalb eines Auswurfkanals des Auslasses angeordnet sein. Erfindungsgemäß weist das Tauchrohr einen sich in Strömungsrichtung konisch aufweitenden Abschnitt auf, der zwischen einem ersten zylindrischen Abschnitt hinter der Einlassöffnung mit geringerem Durchmesser und einen zweiten zylindrischen Abschnitt mit größerem Durchmesser vorgesehen ist
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Der Abscheideraum ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, und das Tauchrohr erstreckt sich über mindestens 70 % der axialen Länge des Abscheideraumes, insbesondere zwischen 80 % bis 95 %. Dadurch erstreckt sich das Tauchrohr nahezu über die gesamte Länge des Abscheideraumes und kann mit der Einlassöffnung nahe an einem mittleren Strömungskanal angeordnet sein. Das Tauchrohr in dem Abscheideraum kann in axiale Richtung, also in Strömungsrichtung beispielsweise mindestens doppelt so lang sein wie die Länge des Auswurfkanals des Auslasses, der an einem unteren Abschnitt des Abscheideraumes angeordnet ist.
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Für eine effiziente Abscheidung der Feststoffpartikel kann die Einlassöffnung des Tauchrohres einen Durchmesser besitzen, der etwa 35 % bis 65 % des Durchmessers des Abscheideraumes besitzt, insbesondere zwischen 40 % bis 60 %.
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Das Verhältnis der Durchmesser der Drallscheibe zu einem Durchmesser des Abscheideraumes liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,9 bis 1,1, wobei die Drallscheibe und der Abscheideraum vorzugsweise einen im Wesentlichen identischen Durchmesser aufweisen.
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Der mittlere Strömungskanal hinter der Drallscheibe weist vorzugsweise einen sich konisch verjüngenden und einen sich konisch aufweitenden Kanalabschnitt auf, so dass der mit Partikeln beladene Gasstrom durch die konische Verjüngung zunächst beschleunigt und durch die konisch Aufweitung wieder verlangsamt wird. Das Verhältnis von maximalem Durchmesser des mittleren Strömungskanals zu dem minimalen Durchmesser des mittleren Strömungskanals kann zwischen 1,2:1 und 2:1, beispielsweise zwischen 1,4:1 und 1,7:1, liegen. Die axiale Länge der konischen Verjüngung und der konischen Aufweitung des Strömungskanals im mittleren Strömungskanals kann im Wesentlichen gleich sein, vorzugsweise ist die Abweichung in der Länge kleiner 10%. Eine Einlassöffnung des Tauchrohres befindet sich vorzugsweise im Bereich des Endes des sich aufweitenden Abschnittes, insbesondere kurz dahinter, so dass die durch Fliehkräfte beschleunigten Partikel weniger stark in das Tauchrohr eingesaugt werden.
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Das Tauchrohr besitzt an der Auslassöffnung vorzugsweise einen um 10 % bis 30 % größeren Durchmesser wie der Durchmesser der Einlassöffnung des Tauchrohres. Dabei dient zur Vergrößerung des Durchmessers ein sich konisch aufweitender Abschnitt des Tauchrohres, dessen Winkel zur Axialrichtung vorzugsweise zwischen 20° bis 30°, insbesondere zwischen 25° bis 28°, liegt.
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Zur Erzeugung einer sich drehenden Gasströmung weist die Drallscheibe vorzugsweise Schaufeln auf, die zur radialen Richtung in einem Winkel zwischen 20° und 30°, insbesondere zwischen 23° und 27°, geneigt sind.
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Der Durchmesser der Drallscheibe hat vorzugweise den geleichen Durchmesser, wie der Abscheidungsraum, wodurch der Druckverlust über der Drallscheibe reduziert wird.
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Der Abscheider weist ferner einen Einlasskanal auf, bei dem zwischen einer Einlassöffnung und der Drallscheibe ein sich aufweitender Abschnitt vorgesehen ist, um die Strömung zu verlangsamen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Abscheiders;
- 2 eine Seitenansicht des Abscheiders der 1;
- 3 eine Ansicht des Abscheiders in Axialrichtung, und
- 4 eine Seitenansicht des Abscheiders mit Vermaßungsangaben.
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Ein Abscheider 1 für Feststoffpartikel wird beispielsweise hinter einem Verbrennungsraum angeordnet, um Partikel aus einem Gasstrom abzuscheiden, insbesondere auch Funken. Der Abscheider 1 kann aus Metallblech oder Kunststoff hergestellt sein.
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Der Abscheider 1 umfasst einen Einlasskanal 2, der eine Einlassöffnung 20 aufweist, an die sich ein zylindrischer Abschnitt 21 anschließt. Der zylindrische Abschnitt 21 mündet in einem sich konisch aufweitenden. Abschnitt 22, an dessen Ende eine Drallscheibe 3 angeordnet ist. Die an einem zylindrischen Abschnitt 31 angeordnete Drallscheibe 3 umfasst Schaufeln 30, die zur radialen Richtung senkrecht zur Axialrichtung geneigt angeordnet sind, beispielsweise in einem Winkel zwischen 20° bis 30°, insbesondere 23° bis 27°. Der durch die Öffnungen zwischen den Schaufeln durchströmende Gasstrom wird somit verwirbelt und dann durch einen mittleren Strömungskanal 4 geleitet.
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Der mittlere Strömungskanal 4 umfasst einen sich konisch verjüngenden Abschnitt 40, in dem der Gasstrom beschleunigt wird, und einen sich konisch aufweitenden Abschnitt 41, in dem sich der Gasstrom wieder verlangsamt.
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Hinter dem mittleren Strömungskanal 4 ist ein Abscheideraum 6 angeordnet. Der Abscheideraum 6 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 60, das endseitig durch eine Stirnwand 61 geschlossen ist. In der Stirnwand 61 ist eine Öffnung ausgespart, durch die ein Tauchrohr 5 eingefügt ist. Das Tauchrohr 5 weist dabei eine Einlassöffnung 51 auf, die kurz hinter dem Ende des sich aufweitenden Abschnittes 41 des mittleren Strömungskanals 4 angeordnet ist, beispielsweise in einem Abstand kleiner als 0,1 des Durchmessers des Abscheideraumes.
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Das Tauchrohr 5 umfasst einen ersten zylindrischen Abschnitt 50 hinter der Einlassöffnung 51 mit geringerem Durchmesser und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 53 mit größerem Durchmesser, beispielsweise mit einem Durchmesser, der 10 % bis 30 % größer ist als der Durchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts 50. Dazwischen befindet sich ein sich aufweitender konischer Abschnitt 52.
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An dem Abscheideraum 6 ist ferner ein Auslass 7 angeordnet, der am Ende rohrförmig zylindrisch ausgebildet ist und der zum Abführen von abgeschiedenen Partikeln dient. Unterhalb des Auslasses 7 kann ein Sammelbehälter für die abgeschiedenen Partikel angeordnet werden. Oberhalb des Auslasses 7 befindet sich ein Auswurfkanal 8, der quaderförmig ausgebildet ist und über eine untere Öffnung mit dem Abscheideraum 6 verbunden ist. Dadurch können die außerhalb des Tauchrohres 5 durch Fliehkraft beschleunigten Partikel über den Auswurfkanal 8 und den Auslass 7 entsorgt werden.
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In 4 ist der Abscheider 1 mit einigen geometrischen Angaben dargestellt. Ein Durchmesser des Tauchrohres DTr ist zwischen 40 % und 60 % eines Durchmessers DA des Abscheideraumes, insbesondere im Wesentlichen 50 %. Eine Länge LTr des Tauchrohres 5 innerhalb des Abscheideraumes 6 entspricht etwa 80 % bis 100 % der Länge LA des Abscheideraumes 6.
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Eine Länge des Auswurfkanals 8 in axiale Richtung LAw beträgt zwischen 0,2 bis 0,5 der Länge LTr des Tauchrohres 5 in dem Abscheideraum 6. Ein Winkel α des sich konisch aufweitenden Abschnittes 52 des Tauchrohres 5 liegt zur Axialrichtung zwischen 24 und 28° und ist oberhalb des Auswurfkanals 8 angeordnet.
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Der mittlere Strömungskanal 4 weist den sich verjüngenden Abschnitt 40 sowie den sich aufweitenden Abschnitt 41 auf, die baugleich ausgebildet sein können und eine gleich axiale Länge LK aufweisen. Der Durchmesser DM an der kleinsten Stelle des Durchmessers in dem mittleren Strömungskanal beträgt zwischen 50 % und 75% des Durchmessers DTr , dem maximalen Durchmesser des mittleren Strömungskanals 4.
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Der zylindrische Abschnitt 21 weist bis zu einer Abweichung von maximal 10% ebenfalls den Durchmesser DM auf, wobei die axiale Länge LAS kürzer ist als die Länge LK des sich konisch aufweitenden Abschnittes 22.
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Die Drallscheibe 3 weist einen Durchmesser ÜDRauf, der im Wesentlichen dem Durchmesser DA mit einer Abweichung kleiner 10% entspricht. Die axiale Länge LDR der Drallscheibe 3 ist kürzer ist als die Länge LK des sich konisch aufweitenden Abschnittes 22.
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Die Gesamtlänge LZY des Abscheiders 1 kann beispielsweise zwischen 0,5m und 2m liegen, je nach Größe des zu reinigenden Volumenstroms.
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Der eintretende, mit Partikeln beladene Luftstrom oder Gasstrom kann an der Einlassöffnung 20 beispielsweise mit einer Strömungsgeschwindigkeit beispielsweise vom 15 m/s eintreffen und wird durch die Drallscheibe 3 in eine sich drehende Strömung versetzt. Der Luftstrom wird im mittleren Strömungskanal 4 durch den sich verjüngenden Abschnitt 40 beschleunigt und durch den sich aufweitenden Abschnitt 40 abgebremst, wobei die schwereren Partikel über Fliehkräfte eher im äußeren Bereich strömen als in einem mittleren Bereich. Dadurch können die Partikel an dem Abscheideraum 6 abgeschieden werden, da der mit weniger Partikeln beladene Gasstrom in die Einlassöffnung 51 des Tauchrohres 5 einströmt und die Partikel zu dem Auswurfkanal 8 und dem Auslass 7 geleitet werden.
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Eine Größenauslegung des Abscheiders 1 richtet sich nach dem Volumenstrom und der sich daraus ergebenen Strömungsgeschwindigkeit am Eingang des Strömungskanals. Vorzugsweise wird eine Strömungsgeschwindigkeit von 15 bis 25m/s für eine Größenauslegung zu Grunde gelegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abscheider
- 2
- Einlasskanal
- 3
- Drallscheibe
- 4
- Strömungskanal
- 5
- Tauchrohr
- 6
- Abscheideraum
- 7
- Auslass
- 8
- Auswurfkanal
- 20
- Einlassöffnung
- 21
- Abschnitt
- 22
- Abschnitt
- 30
- Schaufel
- 31
- Abschnitt
- 40
- Abschnitt
- 41
- Abschnitt
- 50
- Abschnitt
- 51
- Einlassöffnung
- 52
- Abschnitt
- 53
- Abschnitt
- 60
- Gehäuse
- 61
- Stirnwand
- DM
- minimaler Durchmesser
- DTr
- Durchmesser Tauchrohr
- DA
- Durchmesser Abscheideraum
- DDr
- Durchmesser Drallscheibe
- LTr
- Länge Tauchrohr
- LA
- Länge Abscheideraum
- LAw
- Länge Auswurfkanal
- LK
- Länge der konischen Abschnitte
- LAS
- Länge zylinderischer Abschnitt
- LZY
- Gesamtlänge
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015008525 A1 [0003]
- DE 212012000268 U1 [0004]
